Kvantumpontok: nyomtatás és egyéb alkalmazások. Quantum dots (Quantum dot LED) - egy új technológia a kijelzők gyártásához

Ahhoz, hogy általános képet kapjunk az anyagi tárgyak tulajdonságairól és a törvényekről, amelyek szerint a mindenki számára ismert makrovilág "él", egyáltalán nem szükséges felsőoktatási intézményt végezni, mert minden nap mindenki szembesülve megnyilvánulásaikkal. Bár az utóbbi időben egyre gyakrabban szóba kerül a hasonlóság elve, amelynek támogatói szerint a mikro- és makrovilág nagyon hasonló, mégis van különbség. Ez különösen észrevehető nagyon kis testek és tárgyak esetén. A kvantumpontok, amelyeket néha nanopontoknak is neveznek, csak egy ilyen eset.

kevesebb, mint kevesebb

Emlékezzünk az atom klasszikus szerkezetére, például a hidrogénre. Tartalmaz egy atommagot, amely pozitív töltésű proton jelenléte miatt plusz, azaz +1 (mivel a hidrogén az első elem a periódusos rendszerben). Ennek megfelelően egy elektron (-1) az atommagtól bizonyos távolságra helyezkedik el, és elektronhéjat alkot. Nyilvánvalóan, ha növeli az értéket, akkor ez új elektronok hozzáadásával jár (emlékezzünk vissza: általában az atom elektromosan semleges).

Az egyes elektronok és az atommag közötti távolságot a negatív töltésű részecskék energiaszintje határozza meg. Minden pálya állandó, a részecskék teljes konfigurációja határozza meg az anyagot. Az elektronok egyik pályáról a másikra ugorhatnak, energiát abszorbeálva vagy felszabadítva ilyen vagy olyan frekvenciájú fotonokon keresztül. A legtávolabbi pályákon a maximális energiaszintű elektronok vannak. Érdekes módon maga a foton kettős természetű, egyszerre definiálható tömeg nélküli részecskeként és elektromágneses sugárzásként.

Maga a „foton” szó görög eredetű, jelentése „fényrészecske”. Ezért azt lehet állítani, hogy amikor egy elektron megváltoztatja a pályáját, akkor elnyeli (kibocsátja) a fénykvantumot. Ebben az esetben helyénvaló megmagyarázni egy másik szó jelentését - "kvantum". Valójában nincs semmi bonyolult. A szó a latin "kvantum" szóból származik, amely szó szerint bármely fizikai mennyiség (itt - sugárzás) legkisebb értéke. Magyarázzuk meg egy példával, hogy mi is az a kvantum: ha a súlymérésnél a legkisebb oszthatatlan érték milligramm volt, akkor annak nevezhető. Egy bonyolultnak tűnő kifejezést így magyaráznak meg olyan egyszerűen.

A kvantumpontok magyarázata

A tankönyvekben gyakran megtalálható a nanopont következő definíciója - ez bármilyen anyag rendkívül kicsi részecskéje, amelynek mérete összemérhető az elektron kibocsátott hullámhosszának értékével (a teljes spektrum lefedi az 1-től 10-ig terjedő határt nanométer). Belül egyetlen negatív töltéshordozó értéke kisebb, mint kívül, így az elektron mozgása korlátozott.

A "kvantumpontok" kifejezés azonban másképpen magyarázható. A fotont elnyelt elektron magasabb energiaszintre „emelkedik”, és helyette „hiány” keletkezik - az úgynevezett lyuk. Ennek megfelelően, ha az elektronnak -1 töltése van, akkor a lyuknak +1. A korábbi stabil állapotba való visszatérés érdekében az elektron fotont bocsát ki. A "-" és "+" töltéshordozók összekapcsolását ebben az esetben excitonnak nevezzük, és a fizikában részecskének értjük. Mérete az elnyelt energia szintjétől függ (magasabb pálya). A kvantumpontok pontosan ezek a részecskék. Az elektron által kibocsátott energia frekvenciája közvetlenül függ az adott anyag részecskeméretétől és az excitontól. Meg kell jegyezni, hogy az emberi szem színérzékelése a fénynek eltérően alapul

LED, LCD, OLED, 4K, UHD... úgy tűnik, hogy az utolsó dolog, amire a tévéiparnak most szüksége van, az egy másik technikai mozaikszó. De a fejlődést nem lehet megállítani, találkozzon még néhány betűvel - QD (vagy Quantum Dot). Azonnal megjegyzem, hogy a "kvantumpontok" kifejezés a fizikában tágabb jelentéssel bír, mint ami a televíziókhoz szükséges. De a nanofizikai dolgok jelenlegi divatjának fényében a nagyvállalatok marketingesei boldogan kezdték alkalmazni ezt a nehéz tudományos koncepciót. Ezért úgy döntöttem, hogy kitaláljam, milyen kvantumpontok ezek, és miért akar mindenki QD TV-t venni.

Először is egy kis tudomány leegyszerűsített formában. A "kvantumpont" egy félvezető, amelynek elektromos tulajdonságai a méretétől és alakjától függenek (wiki). Olyan kicsinek kell lennie, hogy a kvantumméret-hatások kifejeződjenek. És ezeket a hatásokat éppen ennek a pontnak a mérete szabályozza, pl. a "dimenziókból", ha ez a szó ilyen kis tárgyakra vonatkozik, a kibocsátott, például foton energiája függ - valójában a színtől.

Quantum-Dot-TV LG, amely először a CES 2015 kiállításon lesz látható

Még inkább fogyasztói szempontból ezek olyan apró részecskék, amelyek világítani kezdenek egy bizonyos spektrumban, ha megvilágítják őket. Ha vékony filmre helyezik és „dörzsölik”, majd megvilágítják, a film fényesen világítani kezd. A technológia lényege, hogy ezeknek a pontoknak a mérete könnyen szabályozható, ami a pontos szín elérését jelenti.

A QD TV-k színskálája a QD Vision szerint 1,3-szor nagyobb, mint a hagyományos tévéké, és teljes mértékben lefedi az NTSC-t

Valójában nem is annyira fontos, hogy a nagyvállalatok milyen nevet választanak, a lényeg az, hogy mit adjon a fogyasztónak. És itt az ígéret nagyon egyszerű - jobb színvisszaadás. Ahhoz, hogy jobban megértsük, hogyan biztosítják ezt a „kvantumpontok”, emlékeznie kell az LCD-kijelző kialakítására.

Fény a kristály alatt

Az LCD TV (LCD) három fő részből áll: fehér háttérvilágításból, színszűrőkből (a fényt vörösre, kékre és zöldre választják) és egy folyadékkristályos mátrixból. Ez utóbbi úgy néz ki, mint egy apró ablakokból álló rács - pixelek, amelyek viszont három alpixelből (cellákból) állnak. A folyadékkristályok a vakokhoz hasonlóan blokkolhatják a fényáramot, vagy éppen ellenkezőleg, teljesen kinyílhatnak, vannak közbenső állapotok is.

A PlasmaChem GmbH "kvantumpontokat" állít elő kilogrammban, és ampullákba csomagolja

Amikor például a LED-ek (LED, ma már nehéz fénycsöves tévét találni, mint néhány éve) által kibocsátott fehér fény áthalad egy pixelen, amelyben a zöld és a vörös cellák zárva vannak, akkor kéket látunk. Az egyes RGB pixelek „részvételének” mértéke változik, és így színes képet kapunk.

A Nanosys szerint a kvantumpontok mérete és spektruma, amelyben fényt bocsátanak ki

Elképzelhető, hogy egy kép színminőségének biztosításához legalább két dolog szükséges: pontos színszűrők és megfelelő fehér háttérvilágítás, lehetőleg széles spektrumú. Csak az utóbbival van gond a LED-ekkel.

Először is, valójában nem fehérek, ráadásul nagyon szűk színspektrummal rendelkeznek. Vagyis a fehér színspektrumot további bevonatokkal érik el - számos technológia létezik, az úgynevezett foszfor diódákat sárga hozzáadásával gyakrabban használják, mint mások. De még ez a „kvázi fehér” szín is elmarad az ideálistól. Ha átengedi egy prizmán (mint az iskolai fizika órán), akkor nem bomlik le a szivárvány minden színére ugyanolyan intenzitású, mint a napfénynél. A piros például sokkal halványabbnak tűnik, mint a zöld és a kék.

Így néz ki a hagyományos LED-es világítás spektruma. Amint látható, a kék tónus sokkal intenzívebb, a zöldet és a vöröset pedig egyenetlenül fedik a folyadékkristályszűrők (vonalak a grafikonon)

A mérnökök természetesen igyekeznek orvosolni a helyzetet, és megoldásokat találni. Például csökkentheti a zöld és a kék szintet a TV beállításaiban, de ez befolyásolja az általános fényerőt - a kép halványabb lesz. Tehát minden gyártó olyan fehér fényforrást keresett, amelynek lecsengése egységes spektrumot eredményezne azonos telítettségű színekkel. Itt jönnek segítségül a kvantumpontok.

kvantumpontok

Hadd emlékeztesselek arra, hogy ha tévékről beszélünk, akkor a „kvantumpontok” olyan mikroszkopikus kristályok, amelyek fény éri őket. Sokféle színben „éghetnek”, minden a pont méretétől függ. És tekintettel arra, hogy a tudósok mostanra megtanulták, hogy szinte tökéletesen szabályozzák méretüket azáltal, hogy megváltoztatják az atomok számát, amelyekből állnak, pontosan olyan színű fényt kaphat, amelyre szüksége van. Ezenkívül a kvantumpontok nagyon stabilak - nem változnak, ami azt jelenti, hogy egy bizonyos vörös árnyalatú lumineszcenciára létrehozott pont szinte mindig megtartja ezt az árnyalatot.

Így néz ki a LED-spektrum QD film használatával (a QD Vision szerint)

A mérnökök ötlete a technológia következő módon történő alkalmazására jutott: egy vékony filmre „kvantumpontos” bevonatot visznek fel, amelyet úgy terveztek, hogy egy bizonyos vörös és zöld árnyalattal világítson. És a LED csak kék. És akkor valaki azonnal kitalálja: „minden világos - van kék forrás, és a pontok zöldet és pirosat adnak, tehát ugyanazt az RGB-modellt kapjuk!”. De nem, a technológia másként működik.

Emlékeztetni kell arra, hogy a "kvantumpontok" egy nagy lapon vannak, és nincsenek alpixelekre osztva, hanem egyszerűen összekeverik egymással. Amikor egy kék dióda világít a filmen, a pontok vöröset és zöldet bocsátanak ki, amint fentebb említettük, és csak akkor, ha ez a három szín keveredik, ez az ideális fehér fényforrás. És hadd emlékeztesselek arra, hogy a mátrix mögötti kiváló minőségű fehér fény valójában a természetes színvisszaadásnak felel meg a néző szemében a másik oldalon. Minimálisan azért, mert nem kell korrekciót végrehajtani a spektrum elvesztésével vagy torzulásával.

Még mindig LCD TV

A széles színskála különösen hasznos lesz az új 4K TV-knél, valamint a 4:4:4 szín-almintavételezésnél, amelyet a jövőbeni szabványokban várunk. Ez mind szép és jó, de ne feledje, hogy a kvantumpontok nem oldják meg az LCD TV-k egyéb problémáit. Például szinte lehetetlen tökéletes feketét szerezni, mert a folyadékkristályok (ugyanazok a „rolók”, ahogy fentebb is írtam) nem képesek teljesen elzárni a fényt. Csak „takarni” tudnak, de teljesen bezárni nem.

A kvantumpontok célja a színvisszaadás javítása, ami jelentősen javítja a kép benyomását. De ez nem OLED technológia vagy plazma, ahol a pixelek képesek teljesen elzárni a fényellátást. A plazmatévék azonban már nyugdíjba mennek, és az OLED még mindig túl drága a legtöbb fogyasztó számára, ezért jó tudni, hogy a gyártók hamarosan egy újfajta LED TV-t kínálnak nekünk, amely jobban fog mutatni.

Mennyibe kerül egy "kvantum TV"?

A Sony, a Samsung és az LG első QD-televíziója a januári CES 2015 kiállításon ígérkezik. A kínai TLC Multimedia azonban megelőzi a csomagot, már kiadtak egy 4K-s QD tévét, és azt mondják, hamarosan a boltokba kerül Kínában.

A TCL 55"-es QD tévéje az IFA 2014 kiállításon

Az új technológiás tévék pontos költségét jelenleg nem lehet megnevezni, várjuk a hivatalos nyilatkozatokat. Azt írták, hogy a QD költsége háromszor olcsóbb lesz, mint a funkcionalitásban hasonló OLED-é. Ráadásul a technológia, amint azt a tudósok mondják, meglehetősen olcsó. Ez alapján remélhető, hogy a Quantum Dot modellek széles körben elérhetőek lesznek, és egyszerűen felváltják a megszokottakat. Viszont azt gondolom, hogy eleinte még fel fognak inflálódni az árak. Mint általában minden új technológia esetében.

2018. június 14

A kvantumpont egy vezető vagy félvezető töredéke, amelynek töltéshordozói (elektronok vagy lyukak) mindhárom dimenzióban térben korlátozottak. A kvantumpont méretének olyan kicsinek kell lennie, hogy a kvantumhatások jelentősek legyenek. Ez akkor érhető el, ha az elektron kinetikus energiája észrevehetően nagyobb az összes többi energiaskálánál: először is nagyobb, mint az energiaegységekben kifejezett hőmérséklet. A kvantumpontokat először az 1980-as évek elején Alexei Ekimov üvegmátrixban és Louis E. Brus kolloid oldatokban szintetizálta.

A "kvantumpont" kifejezést Mark Reed alkotta meg.

A kvantumpont energiaspektruma diszkrét, és a töltéshordozó stacioner energiaszintjei közötti távolság magának a kvantumpontnak a méretétől függ: -ħ/(2md^2), ahol:
ħ a redukált Planck-állandó;
d a jellemző pontméret;
m az elektron effektív tömege egy pontban

Egyszerűen fogalmazva, a kvantumpont egy félvezető, amelynek elektromos jellemzői a méretétől és alakjától függenek.
Például, amikor egy elektron alacsonyabb energiaszintre mozog, foton bocsát ki; mivel lehetőség van a kvantumpont méretének szabályozására, lehetőség van a kibocsátott foton energiájának megváltoztatására is, ami a kvantumpont által kibocsátott fény színének megváltoztatását jelenti.

A kvantumpontok típusai
Két típusa van:
epitaxiális kvantumpontok;
kolloid kvantumpontok.

Valójában az előállítási módszerek szerint nevezik el őket. Róluk nem szólok részletesen a kémiai kifejezések nagy száma miatt. Csak annyit teszek hozzá, hogy kolloid szintézis segítségével adszorbeált felületaktív molekulákból álló réteggel bevont nanokristályokat lehet előállítani. Így szerves oldószerekben, illetve módosítás után poláris oldószerekben is oldódnak.

Kvantumpontok felépítése
Általában a kvantumpont egy félvezető kristály, amelyben kvantumhatások valósulnak meg. Egy ilyen kristályban lévő elektron úgy érzi, mintha egy háromdimenziós potenciálkútban lenne, és sok álló energiaszinttel rendelkezik. Ennek megfelelően, amikor egyik szintről a másikra haladunk, a kvantumpont fotont bocsáthat ki. Mindezek mellett az átmenetek könnyen szabályozhatók a kristály méretének változtatásával. Lehetőség van arra is, hogy egy elektront magas energiaszintre dobjunk, és sugárzást kapjunk az alacsonyabb szintek közötti átmenetből, és ennek eredményeként lumineszcenciát kapunk. Valójában ennek a jelenségnek a megfigyelése volt az első kvantumpontok megfigyelése.

Most a kijelzőkről
A teljes értékű kijelzők története 2011 februárjában kezdődött, amikor a Samsung Electronics bemutatta a QLED kvantumpontokra épülő színes kijelző fejlesztését. Ez egy 4 hüvelykes kijelző volt, amelyet aktív mátrix hajtott, i.e. minden egyes színes kvantumpont pixel egy vékonyréteg tranzisztorral be- és kikapcsolható.

A prototípus elkészítéséhez egy réteg kvantumpont oldatot visznek fel a szilícium táblára, és oldószert permeteznek rá. Ezt követően egy fésűs felületű gumibélyegzőt préselnek a kvantumpontok rétegébe, szétválasztják és üvegre vagy rugalmas műanyagra bélyegzik. Így rakódnak le a kvantumpontokból álló csíkok a hordozóra. A színes kijelzőkön minden képpont tartalmaz egy piros, zöld vagy kék alpixelt. Ennek megfelelően ezeket a színeket különböző intenzitással használják, hogy minél több árnyalatot kapjanak.

A fejlesztés következő lépése a bangalore-i Indiai Tudományos Intézet tudósainak cikkének publikálása volt. Ahol kvantumpontokat írtak le, amelyek nem csak narancssárgán, hanem a sötétzöldtől a vörösig terjedő tartományban is világítanak.

Miért rosszabb az LCD?
A fő különbség a QLED kijelző és az LCD között, hogy utóbbi csak a színtartomány 20-30%-át tudja lefedni. Ezenkívül a QLED TV-kben nincs szükség fényszűrőkkel ellátott réteg használatára, mivel a kristályok, amikor feszültséget kapcsolnak rájuk, mindig jól meghatározott hullámhosszú és ennek eredményeként azonos színértékű fényt bocsátanak ki.

A folyadékkristályos kijelzők 5 rétegből állnak: a forrás a LED-ek által kibocsátott fehér fény, amely több polarizációs szűrőn halad át. Az elöl és hátul elhelyezett szűrők folyadékkristályokkal együtt szabályozzák az áthaladó fényáramot, csökkentve vagy növelve annak fényerejét. Ez a pixel tranzisztoroknak köszönhető, amelyek befolyásolják a szűrőkön (piros, zöld, kék) áthaladó fény mennyiségét.

Ennek a három alpixelnek a kialakult színe, amelyre a szűrőket alkalmazzák, a pixel bizonyos színértékét adja. A színek keverése elég "sima", de egyszerűen lehetetlen így tiszta vöröset, zöldet vagy kéket kapni. A buktatók azok a szűrők, amelyek nem egy bizonyos hosszúságú hullámot engednek át, hanem több különböző hullámhosszon. Például a narancssárga fény egy piros szűrőn is áthalad.

Érdemes megjegyezni, hogy a kvantumpontok hatóköre nem korlátozódik a LED-monitorokra, többek között terepi hatású tranzisztorokban, fotocellákban, lézerdiódákban is használhatók, illetve az orvostudományban és a kvantumszámítástechnikában is felmerül a lehetőség. tanult.

A LED fényt bocsát ki, ha feszültséget kapcsolunk rá. Ennek köszönhetően az elektronok (e) az N típusú anyagból a P típusú anyagba kerülnek. Egy N típusú anyag több elektronszámú atomokat tartalmaz. A P-típusú anyagokban vannak olyan atomok, amelyekből hiányoznak elektronok. Amikor a felesleges elektronok eltalálják az utóbbit, energiát bocsátanak ki fény formájában. Egy közönséges félvezető kristályban ez általában sok különböző hullámhosszon keltett fehér fény. Ennek az az oka, hogy az elektronok különböző energiaszintűek lehetnek. Ennek eredményeként a keletkező fotonok (P) eltérő energiájúak, ami különböző hullámhosszú sugárzásban fejeződik ki.

A fény stabilizálása kvantumpontokkal
A QLED tévék kvantumpontokat használnak fényforrásként – ezek csak néhány nanométer méretű kristályok. Ilyenkor megszűnik a fényszűrőkkel ellátott réteg igénye, hiszen amikor rájuk feszültséget kapcsolunk, a kristályok mindig jól meghatározott hullámhosszú fényt bocsátanak ki, és ebből ered a színérték is. Ezt a hatást egy kvantumpont csekély mérete éri el, amelyben az elektron, akárcsak az atomban, csak korlátozott térben képes mozogni. Az atomhoz hasonlóan a kvantumpont-elektron is csak szigorúan meghatározott energiaszinteket foglalhat el. Tekintettel arra, hogy ezek az energiaszintek az anyagtól is függenek, lehetővé válik a kvantumpontok optikai tulajdonságainak célirányos hangolása. Például a vörös szín eléréséhez kadmium, cink és szelén ötvözetéből (CdZnSe) származó kristályokat használnak, amelyek mérete körülbelül 10-12 nm. A sárga, zöld és kék színekhez kadmium és szelén ötvözete alkalmas, utóbbiak nanokristályok felhasználásával is előállíthatók 2-3 nm-es cink- és kénvegyületből.

A kék kristályok tömeggyártása nagyon nehéz és költséges, ezért a Sony által 2013-ban bemutatott tévé nem egy kvantumpontokra épülő „származékos” QLED tévé. Az általuk előállított kijelzők hátulján egy kék LED-réteg található, amelyek fénye vörös és zöld nanokristályok rétegén halad át. Ennek eredményeként valójában lecserélik a jelenleg elterjedt szűrőket. Ennek köszönhetően a színskála a hagyományos LCD TV-khez képest 50%-kal nő, de nem éri el a „tiszta” QLED képernyő szintjét. Utóbbiak a szélesebb színskála mellett van még egy előnyük: energiát takarítanak meg, hiszen nincs szükség fényszűrős rétegre. Ennek eredményeként a QLED tévék képernyőjének eleje is több fényt kap, mint a hagyományos tévék, amelyek csak a fénykibocsátás körülbelül 5%-át engedik be.

A tudósok felépítettek egy elméletet a kvantumpontok széles körben elterjedt osztályának kialakulásáról, amelyeket kadmiumot és szelént tartalmazó vegyületekből nyernek. 30 éven keresztül az ilyen irányú fejlesztés nagymértékben a próbálkozásokon és hibákon alapult. A cikk a Nature Communications folyóiratban jelent meg.

A kvantumpontok figyelemreméltó optikai és elektronikus tulajdonságokkal rendelkező nanoméretű kristályos félvezetők, amelyek a kutatás és technológia számos területén már alkalmazásra találtak. Köztes tulajdonságaik vannak az ömlesztett félvezetők és az egyes molekulák között. Ezeknek a nanorészecskéknek a szintézise során azonban tisztázatlan pontok maradnak, mivel a tudósok nem tudták teljesen megérteni, hogyan hatnak egymásra a reagensek, amelyek közül néhány nagyon mérgező.

Todd Krauss és Leigh Frenett, a Rochesteri Egyetem munkatársa ezen változtatni fognak. Különösen azt találták, hogy a szintézisreakció során mérgező vegyületek jelennek meg, amelyeket 30 évvel ezelőtt az első kvantumpontok előállításához használtak. „Lényegében „visszamentünk a jövőbe” a felfedezésünkkel” – magyarázza Krauss. - Kiderült, hogy a ma használt biztonságosabb reagensekből pont olyan anyagok válnak, amelyeket évtizedek óta próbálnak elkerülni. Ők viszont kvantumpontok képződésével reagálnak.”

Először is, csökkenti a kadmium vagy szelén alapú kvantumpontok előállítása során felmerülő találgatások mennyiségét, ami következetlenségekhez és reprodukálhatatlansághoz vezetett, ami hátráltatta az ipari alkalmazások keresését.
Másodszor, figyelmeztetni fogja a kutatókat és a nagy mennyiségben kvantumpontok szintézisével foglalkozó vállalatokat, hogy még mindig olyan veszélyes anyagokkal van dolguk, mint a hidrogén-szelenid és az alkil-kadmium komplexek, bár implicit módon.
Harmadszor, tisztázni fogja a kvantumpontok magas hőmérsékleten történő szintézisére szolgáló számos eljárásban használt foszfinok kémiai tulajdonságait.

Források:

« A kvantumpontok mesterséges atomok, amelyek tulajdonságai szabályozhatók»

Zh.I. Alferov, 2000-ben Nobel-díjas. a fizikában nagysebességű és optoelektronikai félvezető heterostruktúrák fejlesztéséhez

A kvantumpontok (QD-k) izolált nanoobjektumok, amelyek tulajdonságai jelentősen eltérnek az azonos összetételű ömlesztett anyag tulajdonságaitól. Rögtön meg kell jegyezni, hogy a kvantumpontok inkább matematikai modellek, mint valós objektumok. Ez pedig a teljes formálás lehetetlenségének köszönhető izolált szerkezetek - a kis részecskék mindig kölcsönhatásba lépnek a környezettel, folyékony közegben vagy szilárd mátrixban vannak.

Ahhoz, hogy megértsük, mik a kvantumpontok, és megértsük elektronikus szerkezetüket, képzeljünk el egy ókori görög amfiteátrumot. Most képzelje el, hogy egy lenyűgöző előadás bontakozik ki a színpadon, és a közönség tele van emberekkel, akik eljöttek megnézni a színészek játékát. Tehát kiderül, hogy az emberek viselkedése a színházban sok tekintetben hasonlít a kvantumpont (QD) elektronok viselkedéséhez. Az előadás során a színészek a nézőtér elhagyása nélkül mozognak az arénában, a közönség pedig maga követi az eseményeket a helyükről, és nem száll le a színpadra. Az aréna a kvantumpont alsóbb töltött szintjei, a közönség sorai pedig magasabb energiájú izgatott elektronikus szintek. Ugyanakkor, ahogy a néző a terem bármely sorában lehet, úgy az elektron a kvantumpont bármely energiaszintjét el tudja foglalni, de nem tud elhelyezkedni közöttük. Amikor a jegypénztárban vettek jegyet egy előadásra, mindenki igyekezett a legjobb helyet foglalni - a színpadhoz a lehető legközelebb. Valóban, hát ki akar az utolsó sorba ülni, ahonnan távcsővel sem látni a színész arcát! Ezért amikor a közönség az előadás kezdete előtt leül, a terem összes alsó sora megtelik, akárcsak a legalacsonyabb energiájú QD álló állapotában, az alsó energiaszinteket teljesen elfoglalják az elektronok. Előfordulhat azonban, hogy előadás közben valamelyik néző elhagyja a helyét, mert például túl hangosan szól a zene a színpadon, vagy éppen egy kellemetlen szomszéd kapott el, és átszáll egy szabad felső sorba. Így kénytelen egy kvantumpontban lévő elektron egy külső hatás hatására magasabb energiaszintre mozogni, amelyet nem foglalnak el más elektronok, ami egy kvantumpont gerjesztett állapotának kialakulásához vezet. Valószínűleg azon tűnődsz, hogy mi történik azzal az üres hellyel az energiaszinten, ahol korábban az elektron volt – az úgynevezett lyukkal? Kiderül, hogy a töltési kölcsönhatások révén az elektron kapcsolatban marad vele, és bármelyik pillanatban visszamehet, ahogy a továbbjutott néző is mindig meggondolhatja magát, és visszatérhet a jegyén jelzett helyre. Az „elektronlyuk” párját „excitonnak” nevezik az angol „excited” szóból, ami „izgatott”-t jelent. A QD energiaszintjei közötti vándorlás, hasonlóan az egyik néző emelkedéséhez vagy süllyedéséhez, az elektron energiájának megváltozásával jár, ami megfelel egy fénykvantum (foton) abszorpciójának vagy emissziójának, amikor az elektron magasabb vagy alacsonyabb szintre lép át, ill. Az elektronok fent leírt viselkedése egy kvantumpontban diszkrét energiaspektrumhoz vezet, amely nem jellemző a makroobjektumokra, amelyeknél a QD-ket gyakran mesterséges atomoknak nevezik, amelyekben az elektronszintek diszkrétek.

A lyuk és az elektron közötti kötés erőssége (energiája) határozza meg az exciton sugarat, amely minden anyagra jellemző mennyiség. Ha a részecskeméret kisebb, mint az exciton sugara, akkor az exciton térben korlátozottnak bizonyul a mérete miatt, és a megfelelő kötési energia jelentősen megváltozik az ömlesztett anyaghoz képest (lásd "kvantumméret-effektus"). Nem nehéz kitalálni, hogy ha az exciton energiája megváltozik, akkor a gerjesztett elektron eredeti helyére való átmenete során a rendszer által kibocsátott foton energiája is megváltozik. Így különböző méretű nanorészecskék monodiszperz kolloid oldatainak előállításával az optikai spektrum széles tartományában lehet szabályozni az átmeneti energiákat.

Az első kvantumpontok fém nanorészecskék voltak, amelyeket az ókori Egyiptomban szintetizáltak különféle üvegek színezésére (egyébként a Kreml rubincsillagokat is hasonló technológiával állították elő), bár a hagyományosabb és szélesebb körben ismert kvantumpontok a GaN félvezetők. CdSe nanokristályok szubsztrátumán és kolloid oldatán nevelt részecskék. Jelenleg sokféle módon lehet kvantumpontokat előállítani, például félvezető "heterostruktúrák" vékony rétegeiből "nanolitográfiával" "kivághatók", vagy spontán módon nanoméretű zárványok formájában alakíthatók ki. az egyik típusú félvezető anyag szerkezetei egy másik mátrixában. A "molekuláris nyaláb epitaxia" módszerével, a szubsztrát és a lerakódott réteg egységsejtjének paramétereiben jelentős különbséggel, a szubsztrátumon piramis alakú kvantumpontok növekedése érhető el, a tulajdonságok tanulmányozására. amelyből Zh.I. Alferov akadémikus Nobel-díjat kapott. A szintézisfolyamatok körülményeinek szabályozásával elméletileg lehetséges bizonyos méretű, kívánt tulajdonságokkal rendelkező kvantumpontok előállítása.

A kvantumpontok még "fiatal" kutatási tárgynak számítanak, de már nyilvánvalóak az új generációs lézerek és kijelzők tervezésében való felhasználásuk széles körű lehetőségei. A QD-k optikai tulajdonságait a tudomány legváratlanabb területein alkalmazzák, ahol az anyag hangolható lumineszcens tulajdonságaira van szükség, például az orvosi kutatásokban lehetőség nyílik a beteg szövetek „megvilágítására” a segítségükkel. Azok, akik "kvantumszámítógépekről" álmodoznak, a kvantumpontokat ígéretes jelölteknek tekintik a qubitek építésére.

Irodalom

N. Kobayashi. Bevezetés a nanotechnológiába. M.: BINOM. Tudáslaboratórium, 2007, 134 p.

V.Ya. Demikhovsky, G.A. Vugalter Kvantum kisdimenziós struktúrák fizikája. M.: Logosz, 2000.

Bármilyen mikroszkopikus méretű anyag nanorészecske, egy olyan anyag, amelyet a nanotechnológiai kutatók használnak új technológiák kifejlesztésére és létrehozására, amelyek ebben az apró formában lévő elemek alkalmazásán alapulnak. Olvassuk figyelmesen, mert egy kicsit el kell majd mélyedni a szöveg lényegében.

A kvantumpontok bármilyen félvezető anyagból, például szilíciumból, kadmium-szelenidből, kadmium-szulfidból vagy indium-arzenidből készült nanorészecskék, amelyek fénnyel megvilágítva meghatározott színben világítanak.

A színük, amellyel világítanak, a nanorészecske méretétől függ. Különböző méretű kvantumok elhelyezésével a képernyő minden pixelében piros, zöld és kék színek érhetők el, amelyek lehetővé teszik a teljes színspektrum létrehozását ezekben a pixelekben (bármely meglévő színt keveréssel kapunk ezek a színek).

Amikor a kvantumpontokat UV fénnyel világítják meg, az elektronok egy része elegendő energiához jut ahhoz, hogy megszabaduljon az atomoktól. Ez a képesség lehetővé teszi számukra, hogy a nanorészecskék körül mozogjanak, létrehozva egy vezetési sávot, amelyben az elektronok szabadon mozoghatnak az anyagon és vezetik az elektromosságot.

Amikor az elektronok leereszkednek egy atom körüli külső pályára (a vegyértéksáv), fényt bocsátanak ki. Ennek a fénynek a színe a vezetési sáv és a vegyértéksáv közötti energiakülönbségtől függ.

Minél kisebb a nanorészecske, annál nagyobb az energiakülönbség a vegyértéksáv és a vezetési sáv között, ami mélyebb kék színt eredményez. Nagyobb nanorészecske esetén a vegyértéksáv és a vezetési sáv közötti energiakülönbség kisebb, ami a lumineszcenciát a vörös felé tolja el.

Kvantumpontok és kijelzők

Az LCD-k esetében számos előnnyel jár. Nézzük meg a legfontosabb és legérdekesebb funkciókat, amelyeket az LCD képernyők kaptak a kvantumpontoktól.

Magasabb csúcsfényerő

Az egyik ok, amiért a gyártók annyira izgatottak a kvantumpontok iránt, az a képesség, hogy sokkal nagyobb csúcsfényerősségű képernyőket készítsenek, mint más technológiák. A megnövelt csúcsfényerő viszont sokkal nagyobb lehetőségeket biztosít a HDR és a Dolby Vision használatához.

A Dolby Vision egy videoszabvány, amely kiterjesztett dinamikatartománnyal rendelkezik, vagyis nagyon nagy a fénykülönbség a képernyő legvilágosabb és legsötétebb pontja között, ami valósághűbbé és kontrasztosabbá teszi a képet.

Ha nem vagy tisztában, akkor a fejlesztők állandóan az Úristent próbálják megjátszani, és megalkotni azt, amit ő alkotott (na jó, vagy ki teremtette körülöttünk, esetleg az univerzum?), csak hogy átvigyék a képernyőre.

Azaz például egy normál égbolt tiszta napon körülbelül 20 000 nit (fényerőegység) fényerővel rendelkezik, míg a legjobb tévék körülbelül 10-el kevesebb fényerőt tudnak biztosítani. Tehát a Dolby Vision szabvány még mindig megelőzi a többit, de még mindig nagyon messze vannak a Creatortól :)

Ennek megfelelően a kvantumpontos képernyők újabb lépést jelentenek a világosabb kép felé. Talán egy nap szinte igazi napkeltét és/vagy napnyugtát, és talán a természet más egyedi csodáit láthatjuk anélkül, hogy elhagynánk otthonunkat.

Legjobb színvisszaadás

A kvantumpontok másik nagy előnye a jobb színpontosság. Mivel minden pixel rendelkezik vörös, kék és zöld CT-vel, hozzáférést biztosít a teljes színpalettához, ami viszont lehetővé teszi bármilyen szín hihetetlen mennyiségű árnyalatának elérését.

Megnövelt akkumulátor-élettartam mobileszközökhöz

A kvantumpontos képernyők nemcsak kiváló képminőséget ígérnek, hanem kivételesen alacsony energiafogyasztást is.

Kvantumpontok és Samsung QLED

A Samsung kvantumpontos televíziói, vagy egyszerűen csak nem kvantumpontok a technológia helyes megértésében. A QLED inkább egy hibrid, a kvantumpontok és a LED-képernyők keresztezése. Miért? Mivel ezek a tévék továbbra is LED-es háttérvilágítást használnak, és a valódi kvantumpontokon lévő képernyőn a fényt pontosan pontokkal kell létrehozni.

Ezért még ha a dél-koreai óriáscég új tévéi jobban mutatnak is, mint a hagyományos LED-képernyők, mégsem kvantumpontos tévék, hanem fényszűrő helyett kvantumpontos tévék.

Hozzászólások:

Ivan Ivanovics